Partículas Magnéticas

1. Objetivo de las aplicación
   de partículas magnéticas
2. Descripción de las
   Partículas Magnéticas
3. ¿Qué es el Campo
   Magnético?
4. Inducción de campos
   magnéticos
5. Curva de histéresis
   magnética
6. Métodos de
   inspección con Partículas Magnéticas en
   Pruebas No Destructivas
7. Técnicas de
   Magnetización. Inducción
   Directa
8. Pinzas o
   Mordazas
9. Inducción
   Indirecta

Objetivo de las aplicación de partículas
magnéticas

Aplicar la técnica de partículas
magnéticas, para la detección de posibles
discontinuidades en la inspección de materiales
ferromagnéticos.

La técnica de partículas magnéticas
es una técnica no destructiva relativamente sencilla,
basada en la propiedad de
ciertos materiales de convertirse en un imán.

Descripción de las Partículas
Magnéticas

Es un método que
utiliza principalmente corriente
eléctrica para crear un flujo magnético en una
pieza y al aplicarse un polvo ferromagnético produce la
indicación donde exista distorsión en las
líneas de flujo (fuga de campo).

Propiedad física en la que se
basa. (Permeabilidad)

• Propiedad de algunos materiales de poder ser
  magnetizados.
• La característica que tienen las líneas
  de flujo de alterar su trayectoria cuando son interceptadas por
  un cambio de
  permeabilidad.

Los materiales se clasifican en :

• Diamagnéticos: Son levemente repelidos por
  un campo
  magnético, se magnetizan pobremente.
• Paramagnéticos: Son levemente
  atraídos por un campo magnético, No se
  magnetizan.
• Ferromagnéticos: Son fácilmente
  atraídos por un campo magnético, se magnetizan
  fácilmente.

Tipos de discontinuidades:

• Superficiales
• Subsuperficiales (muy cercanas a la
  superficie)

Poros, grietas, rechupes, traslapes, costuras,
laminaciones, etc.

Materiales:

Materiales ferromagnéticos (aceros,
fundiciones, soldaduras, níquel, cobalto y sus
aleaciones

Aplicaciones:

Se utilizan para la detección de
discontinuidades superficiales y subsuperficiales (hasta 1/4"
de profundidad aproximadamente, para situaciones
prácticas) en materiales
ferromagnéticos.

Esta método se aplica a materiales
ferromagnéticos, tales como:

• Piezas de fundición, forjadas,
  roladas.
• Cordones de soldadura.
• Inspección en servicio
  de algunas partes de avión, ferrocarril, recipientes
  sujetos a presión,
• Ganchos y engranes de grúa, estructuras de plataforma, etc.

Es sensible para la detección de discontinuidades
de tipo lineal, tales como;

• Grietas de fabricación o por
  fatiga.
• Desgarres en caliente.
• Traslapes.
• Costuras, faltas de
  fusión.
• Laminaciones, etc.

Ventajas:

• Se puede inspeccionar las piezas en serie
  obteniéndose durante el proceso,
  resultados seguros e
  inmediatos.
• La inspección es más rápida que
  los líquidos penetrantes y más
  económica.
• Equipo relativamente simple, provisto de controles
  para ajustar la corriente, y un amperímetro visible,
  conectores para HWDC, FWDC y AC.
• Portabilidad y adaptabilidad a muestras
  pequeñas o grandes.
• Requiere menor limpieza que Líquidos
  Penetrantes.
• Detecta tanto discontinuidades superficiales y
  subsuperficiales.
• Las indicaciones son producidas directamente en la
  superficie de la pieza, indicando la longitud,
  localización, tamaño y forma de las
  discontinuidades.
• El equipo no requiere de un mantenimiento extensivo.
• Mejor examinación de las discontinuidades que
  se encuentran llenas de carbón, escorias u otros
  contaminantes y que no pueden ser detectadas con una
  inspección por Líquidos Penetrantes.

Desventajas:

• Es aplicable solamente a materiales
  ferromagnéticos; en soldadura, el metal depositado debe
  ser también ferromagnético.
• Requiere de una fuente de
  poder.
• Utiliza partículas de fierro con criba de 100
  mallas (0.00008 in)
• No detectará discontinuidades que se
  encuentren en profundidades mayores de 1/4".
• La detección de una discontinuidad
  dependerá de muchas variables,
  tales como la permeabilidad del material, tipo,
  localización y orientación de la discontinuidad,
  cantidad y tipo de corriente magnetizante empleada, tipo de
  partículas, etc.
• La aplicación del método en el campo es
  de mayor costo.
• La rugosidad superficial puede distorsionar las
  líneas de flujo.
• Se requieren dos o más inspecciones
  secuenciales con diferentes magnetizaciones.
• Generalmente después de la inspección
  se requiere de una desmagnetización.
• Debe tenerse cuidado en evitar quemadas por arco
  eléctrico en la superficie de la pieza con la
  técnica de puntas de contacto.
• Aunque las indicaciones formadas con
  partículas magnéticas son fácilmente
  observables, la experiencia en el significado de su interpretación es muchas veces
  necesario.

¿Qué es el Campo
Magnético?

Es el espacio ocupado por las líneas de flujo o
de fuerza magnética dentro y alrededor de un imán
ó un conductor que es recorrido por una corriente
eléctrica donde una fuerza magnética es
ejercida

IMÁN. Es un material que tiene orientados total o
parcialmente sus dominios magnéticos, su habilidad para
atraer o repeler se concentra en los extremos llamados
polos; existen imanes naturales y artificiales.

Cada imán tiene al menos dos polos opuestos que
son atraídos por los polos magnéticos de la tierra,
conocidos como Polo Norte y
Sur respectivamente.

Si dos polos magnéticos
iguales son colocados uno cerca del otro, ambos se
repelen.

Si dos polos magnéticos
diferentes son colocados uno cerca del otro, ambos
serán atraídos.

Inducción de campos
magnéticos

El físico danés Hans Christian Oersted
descubrió en 1820 que cuando una corriente
eléctrica fluye a través de un conductor, se forma
un flujo magnético alrededor del conductor

La dirección de las líneas de flujo
magnético es siempre a 90° con respecto a la
dirección del flujo de la corriente
eléctrica.

Cuando un conductor tiene una forma uniforme, la
densidad de
flujo o número de líneas de fuerza por unidad de
área es uniforme a lo largo de la longitud del conductor y
decrece uniformemente al incrementar la distancia desde el
conductor.

Amper demostró que El efecto
magnético de la corriente en un alambre se puede
intensificar enrollándolo en forma de una
bobina

1. La intensidad del flujo magnético es
   proporcional al número de vueltas.

• Al introducir en la bobina un núcleo de
  hierro, se
  obtiene un poderoso electroimán

Reluctancia:

Resistencia que opone un material a la creación
de un flujo magnético en él.

Fuerza Cohercitiva:

Es la fuerza magnetizante inversa necesaria para remover
el magnetismo
residual.

Retentividad:

Propiedad de los materiales para retener una cierta
cantidad de magnetismo residual.

Magnetismo Residual:

Cantidad de magnetismo que existe en un material
aún después de suspender la fuerza
magnetizante.

Permeabilidad Magnética:

Es la facilidad con la que un material puede ser
magnetizado. Mas específicamente es la relación
entre la densidad de flujo y la fuerza del campo magnetizante
(B/H).

Un material tiene más de un valor de
permeabilidad ( pendiente de la curva B vs. H).

Sus unidades pueden ser Henry/m ó
Gauss/Oersted.

B Densidad de Flujo ó inducción magnética.

(en Gauss, Tesla ó Weber/m2).

1 Wb108 líneas de flujo.

1 Gauss 10-4 Wb/m2.

1 Wb/m2 = 1 Tesla.

H Fuerza magnetizante ó intensidad
(fuerza) del campo magnético (Oersted, Amper/m ó
Amper/cm)

DENSIDAD DE FLUJO O INDUCCION MAGNETICA

Es el número de líneas de fuerza por
unidad de área. ó

f Flujo
magnético.

A Área ( m2 )

m Permeabilidad
(Gauss/Oersted ó Henry/m).

H Fuerza magnetizante.

FUERZA MAGNETIZANTE

Es la fuerza magnetizante necesaria para crear un flujo
magnético en un material.

B Densidad de flujo (G, T ó Wb/m2)

m Permeabilidad (G/Oe
ó Henry/m)

En el aire, 1G = 1Oe; 1
Oe = 79.58 A/m

Curva de histéresis
magnética

Es el retraso del efecto magnético cuando se
cambia la fuerza magnetizante que actúa sobre un material
ferromagnético.

También se le conoce como ciclo de
histéresis

Material Blando

Alta permeabilidad.

Magnetismo residual bajo.

Baja reluctancia.

Fuerza coercitiva baja.

Baja retentividad.

Material Duro

Baja permeabilidad.

Alto magnetismo residual.

Alta reluctancia.

Alta fuerza cohercitiva.

Alta retentividad.

Métodos de inspección con
Partículas Magnéticas en Pruebas No
Destructivas

Se deben considerar cuatro propiedades

• Magnéticas.
• Geométricas.
• Movilidad.
• Visibilidad

El éxito
de la prueba depende de la selección
del medio y del método utilizado para el desarrollo.

Medio: Material a través del cual las
dispersiones en el campo magnético se hacen visibles y que
pueden aplicarse sobre la pieza en forma seca o húmeda. (
Puede existir medio seco o medio húmedo).

a) Partículas Secas (polvo magnético
seco).

b) Partículas magnéticas en
suspensión.

En un vehículo: agua y
destilado del petróleo.

Para untarse (con brocha).

Base polímeros.

Características del medio.

1. Deben tener alta permeabilidad para ser
   fáciles de magnetizar, tener baja retentividad
   para no ser atraídas unas a otras y evitar su
   aglomeración.
2. Control de tamaño y forma: redondas y
   alargadas.
3. No deben ser tóxicas.
4. Deben estar libres de moho, grasa, pintura,
   suciedad y otros materiales extraños.
5. Deben tener buena visibilidad; visibles y
   fluorescentes.

Técnicas de
Magnetización

Inducción
Directa

Se consigue haciendo pasar una corriente
eléctrica a través de la pieza. La pieza es montada
horizontalmente, sujetada por dos cabezales por los que circula
la corriente. Otro método directo de inducir un campo
magnético circular es por el uso de puntas de contacto, su
aplicación mas común es en placas y soldaduras. En
este caso se utiliza medio seco.

Directa. La corriente magnetizante fluye
directamente a través de la pieza, creando un flujo
magnético circular en ella

Puntas de contacto, entre cabezales, pinzas o mordazas y
electrodos imantados.

La magnetización se efectúa por
conducción de la corriente.

Puntas de contacto

Se utilizan electrodos de cobre, bronce o aluminio; al
hacer pasar la corriente a través de ellos, esto produce
un campo magnético circular en la pieza, alrededor y entre
cada electrodo suficiente para una examinación
local.

Pinzas o Mordazas

La corriente magnetizante se aplica a la pieza a
través de las pinzas o mordazas, produciéndose un
flujo magnético circular en la pieza.

Entre Cabezales

La pieza es colocada entre dos cabezales y se aplica la
corriente directamente a través de ella, esto produce un
campo magnético circular aproximadamente perpendicular a
la dirección del flujo de la corriente.

Inducción
Indirecta

La corriente eléctrica de magnetización se
hace pasar por un conductor central, generalmente de cobre, que
pasa a través de la pieza que se esta probando. Los
defectos que se encuentran son perpendiculares a la
dirección del campo inducido.

La corriente no fluye a través de la pieza, sino
en un conductor secundario; el flujo magnético es inducido
en la pieza, la cual puede crear un flujo circular/toroidal,
longitudinal o multidireccional.

Bobina.

Cable enrollado.

Yugo electromagnético.

Conductor central.

Bobina o cable enrrollado

La magnetización se efectúa pasando
corriente a través de una bobina fija de vueltas
múltiples o cable enrollado alrededor de la pieza o en una
sección de ella.

Esto produce un flujo magnético longitudinal,
paralelo al eje de la bobina.

Método Residual:

El medio se aplica después que la pieza ha sido
magnetizada y suspendida, la fuerza magnetizante depende
totalmente de la cantidad de magnetismo residual en la pieza, no
es usado en aleaciones pobres de acero, que tienen
poca retentividad. En este método se plica un medio
húmedo ya sea por baño o
inmersión.

Método continuo:

La aplicación del medio es simultanea con la
operación de magnetización de la pieza. Se utiliza
el baño húmedo de preferencia y puede ser con
partículas teñidas con tintas
fluorescentes

Magnetización circular:

Se induce un campo magnético circular dentro de
la pieza de prueba por magnetización directa e indirecta.
Una regla aceptable es utilizar de 800 a 1000 Amper por pulgada
de diámetro de sección transversal cuando se
aplique crm (corriente
rectificada de media onda) y de 500 a 600 Amper cuando se usa
corriente
alterna.

Magnetización longitudinal:

Se basa en la inducción de un campo longitudinal
dentro de la pieza, creado por una bobina. La
magnetización longitudinal localiza discontinuidades
transversales . la cantidad de corriente necesaria para
magnetización longitudinal con una bobina es determinada
por la formula:

Donde:

L = longitud de la pieza en pulgadas

D = Diámetro en pulgadas

T = Numero de vueltas en la bobina NOM B – 124
– 1987

Desmagnetización de la pieza.

Elevando la temperatura en
los materiales a su punto curie, que para muchos metales es de
entre 649 a 871° C (1200 a 1600° F).

La desmagnetización de una pieza solamente se
logra si cumple lo siguiente:

"Aplicar un campo magnético con un valor pico
mayor al usado durante la inspección, enseguida decrecerlo
gradualmente e invirtiendo alternadamente su dirección;
repitiendo este proceso hasta obtener un valor mínimo
aceptable de magnetismo residual"

Para lograr una desmagnetización adecuada es
necesario observar lo siguiente:

Se requieren de 10 a 30 pasos alternos de
reducción e inversión de la corriente
eléctrica.

Usar el mismo tipo de corriente empleada durante la
inspección.

El flujo magnético producido debe ser
cercanamente igual en la misma dirección que el empleado
durante la inspección.

Preferentemente orientar la pieza de este a
oeste.

Otras Publicaciones del
Autor

La siguiente tabla muestra los
trabajos publicados por el Ingenierio Ivan Escalona para quien
este interesado en consultar los diversos temas y bajar los
trabajos, comentarios al correo: ,

Bibliografía

"Apuntes para el
Laboratorio de Pruebas No
Destructivas". UPIICSA-IPN, Academia de Laboratorio de
Control de
Calidad, México D.F., 2002.

Autor

Ing. Iván Escalona

Consultor Logística,

Ingeniero Industrial

,

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– Estudios Universitarios: Unidad Profesional
Interdisciplinaria de Ingeniería y
Ciencias Sociales y Administrativas
(U.P.I.I.C.S.A.) del Instituto Politécnico Nacional
(I.P.N.)

– Centro Escolar Patoyac, (Incorporado a la
UNAM)

Origen: México